醫療工業相機選型

醫療工業相機選型

       新的芯片和接口技術的快速發展在很大程度上是受消費者驅使的，而且它對使用相機的醫療產品的開發影響也較大。由于市場上的芯

片和接口琳瑯滿目，為醫療應用選擇一款正確的相機變得越來越困難。很多情況下，做出決定時必須考慮各種各樣的因素，有些是特

定于應用的因素，有些則是一般因素。

      主要標準包括：

      (1)尺寸和外形

       尺寸和外形是選擇相機的一個決定性因素。如果相機要用作外部圖像芯片(例如用于監控操作)或顯微鏡相機，則設備必須安裝在穩定

的外殼上。如果相機直接集成到設備中，則空間是更加重要的考慮因素，用戶會更為注重其緊湊性和尺寸。此外還需考慮接口和線材

接頭。側向USB端口需要更多布線空間，而采用超柔性扁平線纜的基于LVDS的接口則可以安裝在非常有限的空間內。機器視覺相機十分

堅固，可在工業環境中使用。與消費者相機不同，機器視覺相機在設計時便考慮了芯片間距、相機變形以及對視場(FOV)的相關影響等因

素。這是確保圖像數據的高度穩定性和重現性的必要條件。

      (2)相機環境

      相機環境和部署場景是決策過程中需要考慮的相關因素。相機經常面臨各種光線條件。機器視覺相機可使用軟件調整相機設置以適應不同

的環境條件，而不是使用兩個相機。對于典型的機器視覺相機軟件，這意味著可以控制曝光時間、觸發信號和白平衡等參數。

     (3)相機芯片、

     光學芯片是最重要的組件之一。根據要檢測的對象，集成芯片必須能夠從最小閾值距離外捕獲全分辨率圖像。相機用于診斷時，高靈

敏度芯片可實現高達2000萬像素的分辨率。

     幀速率也是應用專用。如果需要捕捉允許用戶交互的實時圖像(例如顯微鏡相機)，則通常需要幀速率為25-30 fps的芯片，以實現流體圖

像重現。相反，對于固定樣本的檢查和分析，幀速率則無關緊要。

     但是，需要考慮其他衡量標準，如芯片類型。對于大部分應用(包括眼科所用的屈光計)而言，黑白芯片是正確的選擇。在其他應用中，例如記

錄眼底(視網膜)的圖像時，檢查對象的顏色對分析過程很重要。這一點在診斷應用（例如眼科、病理學和皮膚病學應用）中尤為普遍。相機能

否提供準確的顏色還原是另一個重要因素

      在弱光(如熒光)條件下工作的應用需要量子效率高、暗噪聲和讀出噪聲都很低的特殊芯片。此外，低噪聲和大光敏面像素也是弱光條

件應用需要考慮的因素。

      與消費領域的相機相比，機器視覺相機的另一個優勢是成像質量。機器視覺相機具有直接板載計算單元進行與處理。這項技術已經

經過多年的完善，可以處理占用大量CPU的操作，如去拜耳化、去噪和修正算法。在最好的情況下，計算單元使用FPGA(現場可編程門陣

列)通過其接口及時轉發圖像數據。

       而且，機器視覺相機的一個主要優勢是參數的透明性。消費領域相機的芯片讀出通常涉及黑匣子過程，其中包含大量后處理，而機器

視覺相機的開發商則可以完全控制相機設置。

       此外，極其重要的是：機器視覺相機芯片專為實現24小時運行而設計。標準相機在連續使用數小時后就開始出現故障(通常表現為圖

像缺陷和丟幀)，而機器視覺相機芯片則可以多年不間斷運行而不受限制。

      (4)接口、

       千兆網(GigE)是最普遍的機器視覺相機接口。GigE技術也是醫療應用中最常運用的技術，因為它與長線材和標準網絡架構兼容。近年

來，USB3的即插即用功能也越來越受歡迎。機器視覺行業的制造商專門針對通過GigE和USB3端口傳輸圖像數據建立了標準：GigE 

Vision和USB3 Vision。這些協議更加精簡和穩定，可以快速傳輸圖像數據流。

       對于體積較小的便攜式設備，帶寬不僅是選擇接口的關鍵因素，同時也是圖像處理環境的關鍵因素。例如，在立體應用中，應首選基于LVDS的接

口。這些接口可以直接集成到客戶處理器板上的計算單元(如FPGA)，以迅速解決特定的計算任務 — 而不增加CPU負載?；贚VDS的接口也采

用扁平線纜。這些線材極具柔性，非常適合在狹小空間中安裝設備。

       (5)鏡頭、

        確定了相機、光源、處理單元和算法規格后，下一步通常是對鏡頭要求進行分類。生產定制鏡頭可能需要數年時間 — 因此在開發過程

的初期選擇鏡頭愈加重要。一些機器視覺相機制造商提供匹配鏡頭和相應的線材。這種“一站式購物”模式可節省時間和重要的開發

資源，同時還可以降低出現供應商問題的風險。

      (6)平臺的預期使用壽命

      一個平臺的預期使用壽命是選擇某一制造商相機的另一個重要方面。對于手術領域的應用，尤其是眼科和醫療診斷，漫長而艱難的認

證流程(ISO、FDA)通常要求產品周期可以持續十年。因此，相機制造商組織供應商網絡，確保產品可長期供貨更為重要。事實上，這一標

準極為重要，因此醫療產品制造商通常會跳過技術創新環節，而偏向于生產他們有信心在較長時間內可用的產品。

       (7)定制選項。

        機器視覺相機制造商習慣于對他們的相機進行調整，以適應客戶的需求。這種靈活性在醫學領域尤為重要。例如，如果一個產品被認證

為醫療產品，則在相應的開發階段該客戶的固件必須固定不變，為客戶提供的新款相機全部使用該固件。在許多情況下，相機還必須

能夠適合標準化醫療產品外殼，其中涉及針對特定的客戶對材料、標簽和顏色進行調整。

      總結

      因此，機器視覺相機和制造商非常適合醫療市場：

      1. 經久耐用的相機：外殼穩定、芯片位置更精確、制作質量良好

      2. 穩定、更新的軟件可調整相機以適應不同的光線/應用環境 — 使用方法高度透明(沒有消費級相機模塊的黑匣子方法)

      3. 有多種芯片和接口技術可供選擇，加上良好的支持，可確?？焖俑咝Ъ珊涂焖偻斗攀袌?/p>

      4. 機器視覺相機提供精確、持久、可復制的圖像，能夠反映對象的真實顏色；消費級相機則依靠算法來改善圖像質量

      5. 價格平易近人的CMOS芯片已成為CCD芯片的替代品

      6. 機器視覺相機具有專門用于圖像傳輸的GigE Vision和USB3 Vision接口

      7. 通過LVDS等新接口技術，可將視覺系統安裝在極為狹小的空間中(例如便攜式設備、立體視覺)

      8. 一站式購物：可從同一供應商獲得相機、鏡頭和線材，最大限度減少供應商問題 

      9. 機器視覺相機制造商可以在很多年內提供長期存在的軟件和硬件平臺

     10. 客戶特定應用(顏色、標簽、材料等)可作為附加服務實施